電容型設(shè)備在線監(jiān)測與診斷匯編

1、第三章 電容型設(shè)備在線監(jiān)測(jin c)與診斷On-line monitoring and fault diagnosis for capacitive equipment 1共九十八頁本章(bn zhn)內(nèi)容概述測量三相不平衡(pnghng)電流Ik介質(zhì)損耗角正切的監(jiān)測介質(zhì)損耗角正切的異頻檢測電力電容器的在線監(jiān)測與故障診斷2共九十八頁3.1 概述(i sh)3 通常絕緣介質(zhì)的平均擊穿場強(qiáng)隨其厚度的增加而下降。在較厚的絕緣內(nèi)設(shè)置(shzh)均壓電極，將其分隔為若干份較薄的絕緣，可提高絕緣整體的耐電強(qiáng)度。由于結(jié)構(gòu)上的這一共同點，電力電容器、耦合電容器、電容型套管、電容型電流互感器以及電容型電壓互

2、感器等，統(tǒng)稱為電容型設(shè)備。 共九十八頁750kV 電容式電壓(diny)互感器共九十八頁5支撐(zh chng)絕緣均壓環(huán)中心(zhngxn)導(dǎo)體懸浮電位屏蔽接地屏蔽法蘭瓷套750kV斷路器充SF6引線套管結(jié)構(gòu)圖共九十八頁6電力電容器電容式套管高壓(goy)電流互感器（CT）高壓電壓互感器（PT）電容式電壓互感器（CVT）數(shù)量約占變電站設(shè)備總臺數(shù)的40%50%。 電容型設(shè)備在變電站中具有重要地位，它們(t men)的絕緣狀態(tài)是否良好直接關(guān)系到整個變電站能否安全運(yùn)行，因而對其絕緣狀況進(jìn)行監(jiān)測具有重大意義。變電站中的主要電容性設(shè)備共九十八頁7結(jié)構(gòu)單元電容器剖面圖鋁箔絕緣(juyun)薄膜電力(di

3、nl)電容器結(jié)構(gòu)共九十八頁8CVT：電磁單元變壓器二次失壓；電容分壓囂電容量變化；電磁單元受潮等電磁式電壓互感器：鐵磁諧振故障(gzhng)電容型CT：一次導(dǎo)電回路過熱故障、受潮故障及電容芯子內(nèi)局部放電故障SF6氣體絕緣CT：電容屏缺陷、蔽罩缺陷、撐件缺陷、異物 電容型設(shè)備(shbi)故障統(tǒng)計共九十八頁9耦合電容器：電容芯子受潮、密封不良、結(jié)構(gòu)設(shè)計不合理、夾板在制造和加工時有缺陷、現(xiàn)用的電容器油所含芳香烴成價偏少、元件開焊、設(shè)備引線有放電現(xiàn)象等并聯(lián)電容器：滲漏油、電容器外殼膨脹、電容器溫升過高、電容器瓷瓶表面閃絡(luò)放電、聲音異常、電容器爆破等集合式電容器：電容器制造質(zhì)量(zhling)不良、電容

4、器絕緣老化、不平衡電壓保護(hù)動作共九十八頁10絕緣介質(zhì)(jizh)的能量損耗絕緣介質(zhì)在外部場強(qiáng)的作用下存在能量損耗：電導(dǎo)引起的損耗介質(zhì)(jizh)極化引起的損耗 電介質(zhì)的能量損耗簡稱介質(zhì)損耗，它是影響絕緣劣化和熱擊穿的一個重要因素。共九十八頁11 在直流電場作用下，由于(yuy)介質(zhì)沒有周期性的極化過程，介質(zhì)中的損耗僅由電導(dǎo)引起。 在交流電壓下，除電導(dǎo)損耗外，還存在由于周期性的極化而引起的能量損耗，因此需要引入新的物理量加以描述。共九十八頁電介質(zhì)的損耗(snho)回路電流 I=Ir+IC（由于介質(zhì)有能量損耗，所以電流不是純電容(dinrng)電流）電流Ir和IC之間的關(guān)系為： Ir= ICtg

5、= UC tg 介質(zhì)損耗 P= UIR = U2 C tg 單元體積的介質(zhì)損耗 p= P/sd= 0 r E2 tg I=Ir+ICUUICIrI電流相量圖絕緣介質(zhì)工作圖共九十八頁13引入tan的原因(yunyn) 使用介質(zhì)損耗P表示絕緣介質(zhì)的品質(zhì)好壞是不方便的，因為P值與試驗電壓、介質(zhì)尺寸等因素有關(guān)，不同設(shè)備間難以進(jìn)行比較。 所以改用介質(zhì)損耗角正切 tg 來判斷介質(zhì)的品質(zhì)。 tg與類似，是僅取決于材料的特性與材料尺寸無關(guān)的物理量。Ir= ICtg = UC tg 因為tg為電流阻性分量和容性分量之比，而電流阻性分量引起(ynq)介質(zhì)中能量的損耗，所以tg值能反映介質(zhì)損耗的大小。介質(zhì)損耗 P=

6、 UIR = U2 C tg 共九十八頁討論(toln)介質(zhì)損耗角正切tg的意義 絕緣結(jié)構(gòu)設(shè)計時，必須注意到絕緣材料的tg。如果tg過大會引起(ynq)嚴(yán)重發(fā)熱，是絕緣材料迅速老化，進(jìn)而導(dǎo)致熱擊穿。 在絕緣預(yù)防性試驗中， tg是基本測試項目，當(dāng)絕緣受潮或劣化時， tg將急劇上升。絕緣內(nèi)部是否存在可疑的放電現(xiàn)象，也可以通過測量 tg - U的關(guān)系曲線加以判斷（隨電壓增高， tg應(yīng)不變，若變化，則存在放電現(xiàn)象）。可見 tg既是絕緣劣化的原因，也是絕緣劣化的特征。共九十八頁介質(zhì)損耗(snho)角正切tg所能反映的缺陷 絕緣受潮。 絕緣臟污。 絕緣中存在(cnzi)氣隙放電。UUCtg UC代表較多氣

7、隙開始放電時所對應(yīng)的外加電壓。tg = f (U )從tg 增長的陡度可反映絕緣劣化的程度。 另外，當(dāng)外施電壓超過起始放電電壓時，將發(fā)生局部放電，損耗急劇增加。共九十八頁介質(zhì)損耗(snho)角正切tg的不足 tg是反應(yīng)絕緣功率(gngl)損耗大小的特性參數(shù)，與絕緣體積無關(guān)。這一點并非總是有利的。 如果絕緣內(nèi)的缺陷不是分布性的而是集中性的，則tg反映不靈敏。IC幾乎是不變的。tg取決于缺陷對Ir的影響。共九十八頁 這相當(dāng)于不同的絕緣部分相并聯(lián)的情況，總絕緣損耗為完好(wnho)部分與缺陷部分介質(zhì)損耗之和。 這樣如果缺陷部分（C1）越小，則C1 / CX 越小，所以在測量整體絕緣tg時越難以(nn

8、y)發(fā)現(xiàn)缺陷部分（ tg1）的影響。共九十八頁發(fā)電機(jī)電力電纜變壓器繞組(roz)tg反映(fnyng)不靈敏的設(shè)備反映靈敏的設(shè)備套管PTCT共九十八頁3.2 測量三相不平衡(pnghng)電流Ik19 在電力系統(tǒng)中，三相分體設(shè)備，通常都是相同(xin tn)型號且同批生產(chǎn)的。各類性能應(yīng)當(dāng)基本一致。 因此可以利用設(shè)備的這一特點，通過檢測各相設(shè)備間特征參量的差異，來監(jiān)測設(shè)備內(nèi)部缺陷的發(fā)展情況。共九十八頁20C0CRI0IU絕緣(juyun)特征參量分析共九十八頁 如取x=1/C，k=C/C0，則 當(dāng)運(yùn)行電壓恒定的情況(qngkung)下，電流的變化既反映了導(dǎo)納的變化。共九十八頁 缺陷(quxin)

9、部分的損耗為 所以(suy) 由此產(chǎn)生整個試品的介質(zhì)損耗增量（初始為0） 缺陷導(dǎo)致的整個試品的電容量增量為共九十八頁 當(dāng)絕緣內(nèi)部(nib)出現(xiàn)缺陷后，這三個參量（， ， ）是可被測量的。但哪一個對缺陷反應(yīng)更靈敏？ 可見當(dāng)缺陷層tg開始(kish)增大時，測量 和更靈敏 而當(dāng)缺陷層tg100%時，測量和更靈敏共九十八頁三相電流之和的在線(zi xin)檢測 上述(shngsh)分析表明 ，與介質(zhì)損耗因數(shù)或電容量變化相比，監(jiān)測流經(jīng)絕緣電流的變化對發(fā)現(xiàn)絕緣缺陷更為敏感。共九十八頁 如果三相電壓平衡，且三相設(shè)備的電容及損耗相同，則無電流通過其中性點；但如果有一項設(shè)備出現(xiàn)(chxin)缺陷，則中性點有電

10、流流過。UAUBUCYAYBYC共九十八頁影響(yngxing)因素 三相電壓不平衡。 各相設(shè)備間對地阻抗有差異(chy)。一般電容性設(shè)備在出廠時，允許其電容量存在10%的誤差。所以只有當(dāng)缺陷使其等值導(dǎo)納變化很大時，這種方法才是有效的。 雜散電流干擾。UAUBUCYAYBYCYBYCYAI0Id共九十八頁 為了補(bǔ)償臨近設(shè)備造成的感應(yīng)電流的影響等，提高(t go)信噪比，實際測量的是中性點的不平衡電壓。中性點三相不平衡(pnghng)電壓法UAUBUCYAYBYCU0RARBRCRr RA 、 RB和RC可調(diào)是補(bǔ)償用電阻。共九十八頁UAUBUCYAYBYCU0RARBRCRr 在三相設(shè)備正常情況

11、(qngkung)下，先調(diào)節(jié)補(bǔ)償電阻，使三相不平衡電壓U0降到零或極小值。 當(dāng)某一相設(shè)備出現(xiàn)缺陷時， U0將顯著增長，其靈敏度比三相不平衡電流法高得多。共九十八頁 以70層電容層相串聯(lián)的電容套管為例，電容量為800pF，正常情況(qngkung)下tg=0.3%。當(dāng)某一電容層tg增大時。各參量均有增長，但以三相不平衡電壓增長最為明顯。 當(dāng)70層中有一層缺陷增大時總體(zngt)參數(shù)的變化。共九十八頁 一般當(dāng)此三相不平衡電壓U0升高(shn o)到數(shù)百微伏時，往往反映可能有明顯缺陷。U0與缺陷(quxin)tg的關(guān)系 對比結(jié)果表明，當(dāng)一層缺陷進(jìn)一步惡化時，|C/C0|和|I/I0|的變化都不超過

12、2%，而三相不平衡電壓卻增大若干倍。 因此三相不平衡電壓對缺陷的反應(yīng)遠(yuǎn)比測量電流或電容靈敏。共九十八頁影響(yngxing)因素 因是三相電流的匯總，所以三次諧波影響嚴(yán)重(ynzhng)。 目前電網(wǎng)三次諧波分量較大，有時可達(dá)I的15%。如果要求信噪比至少為2（SNR2）則時，才能較準(zhǔn)確地測量，這顯然是不合要求的。 因此在實際測量中，需將諧波濾去，尤其是三次諧波，抑制比應(yīng)為300倍(50dB) ，才能保證 時, 既可測出。共九十八頁影響(yngxing)因素 由于這種方法必須在一次回路中接入取樣電阻R，雖然已并有保護(hù)元件，但一次側(cè)接地線一旦斷開，則設(shè)備浮地，后果(hugu)不堪設(shè)想。共九十八頁3

13、.3 介質(zhì)(jizh)損耗角正切的監(jiān)測33電橋(din qio)法絕對法相對法硬件法軟件法監(jiān)測 tg過零檢測法共九十八頁在線檢測(jin c)tan的電橋法 在停電試驗中用電橋法測量tg是一種常用的、高精度的測量方法。 如果(rgu)能夠在運(yùn)行狀態(tài)下進(jìn)行檢測，則有效性更高。共九十八頁傳統(tǒng)(chuntng)電橋法(a) 正接法； (b)反接法西林電橋(din qio)測tan的基本線路被測量設(shè)備被測量設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)電容標(biāo)準(zhǔn)電容共九十八頁 電橋工作電壓一般為10kV； 正接法由于調(diào)節(jié)部分(b fen)處于低壓臂，操作比較安全； 當(dāng)被測設(shè)備必須一端接地時，則須采用反接法。此時應(yīng)注意電橋調(diào)節(jié)部分處于高壓側(cè)。

14、共九十八頁 無論是正接法還是反接法，電橋平衡(pnghng)時G中的電流IG = 0，所以 IDA = IAC = IX ， IDB = IBC = IN UDA = UDB ， UAC = UBC = UX 以反接(fn ji)法為例，IX Z3= IN Z4IX ZX= IN ZNCNCx共九十八頁CNCx共九十八頁上式虛實(xsh)部分別相等，通常(tngchng)取 ，f =50Hz，則有（單位微法）共九十八頁 現(xiàn)場的電場及磁場常會影響(yngxing)電橋的平衡及準(zhǔn)確的讀數(shù)，消除干擾的方法有： 可采用改變試驗電源極性的做法：如進(jìn)行正、反相兩次測量。 近期也有采用45或55Hz異頻電源的方法，這樣可避開50Hz頻率的干擾。 磁場干擾往往對電橋檢流計回路的影響明顯，可將檢流計移出磁場干擾區(qū)，或采用更好的磁屏蔽措施。 傳統(tǒng)電橋(din qio)法消除現(xiàn)場干擾的方法共九十八頁在線(zi xin)檢測tg電橋法 一般采用正接法，對運(yùn)行設(shè)備(shbi)進(jìn)行檢測。 CN為高壓標(biāo)準(zhǔn)電容，通常存在一